期盼“鞋盒”飞舞深空

美国航天局近地小行星探测器照片来源:美国航天局

鞋盒大小的立方体卫星现在分散在低地球轨道上，用于从地球观测到太空细菌蛋白质研究的一系列领域。这艘宇宙飞船是由10厘米长的立方体组成的，通常装有成品部件。事实上，这种相对便宜的小卫星的开发有点晚，而且大多数都在低地球轨道上“玩”。但是现在科学家们希望将它们发射到更深的空间，十几颗外层空间立方体卫星已经准备就绪。

低成本意味着微型宇宙飞船可以冒险。(立方体卫星在太阳系飞行任务上的花费不超过1000万美元。)立方体卫星集群可以一起工作来完成新的实验。他们通常在低地球轨道上旅行，搭乘其他发射任务。例如，它们经常出现在往返于国际空间站的宇宙运输船上，但在太阳系的其他地方却很少见。

事实上，美国国家航空航天局的INSPRIRE微型航天器——第一颗进入太阳系的立方体卫星——已经等待了将近两年。INSPRIRE微型航天器计划测试未来空间任务的关键技术。"我们仍然需要找到一条合适的路线。"美国宇航局喷气推进实验室创新铸造中心主任安东尼·弗里曼说。

立方体卫星诞生于1999年，最初仅用作教学工具。工程学教授卡尔·波利是立方体卫星概念的发起人之一。他认为他没有料到卫星技术会发展到如此地步。“我们的初衷是开发一个可以用于教育的系统，但我们没想到会开启一个新的太空时代。”

今天，立方体卫星已经能够在临近空间执行商业任务和科学研究。例如，美国地球实验室的“鸽子”卫星已经在地球轨道上运行，其成像速度足以看到树梢、道路和建筑物。几十年来，工程师们一直努力不惜一切代价建造卫星，并花费数年时间完善它们。来自17个国家的1000多人参加了耗资80亿美元的詹姆斯·韦伯太空望远镜的建造。“鸽子”已经大规模生产，每只“鸽子”的建造和发射成本不到100万美元。

然而，由于体积小，立方体卫星无法容纳标准推进和电信设备，更不用说复杂的科学仪器，因此探索外层空间仍然是一个更大的挑战。

"工程师们开始克服这些困难。"欧洲航天局立方体卫星发展项目主任罗杰·沃克说。为了解决通信问题，欧空局的第一颗星际立方体卫星将通过其母舰与地球对话。这颗卫星将参加由欧空局和美国航天局联合领导的小行星碰撞和偏离评估项目。该项目计划于2020年实施。立方体卫星将承担高风险工作，如收集小行星附近的数据。

美国航天局目前正在计划的欧罗巴飞行任务也将使用这种母子模型在欧罗巴附近部署一组立方体卫星进行近距离探测。科学家认为生命可能存在于木卫二冰冷的外表下。

独立的太空立方体卫星任务也即将开始。美国国家航空航天局开发了一种微型无线电通信系统，可以从火星甚至更远的地方直接与地球通话。该机构将在INSPIRE和InSight火星探测器合作伙伴MarCO上测试该系统。此外，美国航天局还开发了微型低温气体燃烧推进器和防辐射电子元件。

与此同时，欧洲公司正在开发高效的离子发动机。意大利罗马的IMT公司正在研究能源的工作方式，例如可以一直面向太阳的折叠式太阳能电池板发动机。沃克说，所有这些技术都可以使独立的立方体卫星任务成为现实。

弗里曼预测，到下一个十年结束时，如果能够进入太空，将有超过100颗立方体卫星部署在整个太阳系。他希望国家航天局同意在每个主要的行星任务中携带至少一颗立方体卫星来帮助他们进入太空。沃克同意，“这将真正刺激该领域。最终，这是星际立方体卫星需要克服的最重要的问题，仅次于通信问题。”这意味着必须在项目的早期添加立方体卫星。

据报道，在2018年，美国宇航局的太空发射系统，一个能够将人送出地球轨道的重型运载火箭，将能够携带13颗立方体卫星和一个猎户座太空舱。要运输的货物将包括月亮闪光灯和NEA。前者用于反射光线，寻找隐藏在月球黑暗陨石坑中的冰，而NEA主要用于探索附近的小行星。

另一方面，欧空局正在开发新的月球探测技术。它与萨里卫星技术有限公司(SSTL)和冈什利地球站合作开发了一个新系统:为几十颗立方卫星提供数据中继服务，每颗卫星价值约500万英镑。SSTL的克里斯多佛·桑德斯说这样一个模型将会扩展，“我们想要建立一个太阳系网络”。

弗里曼说，立方体卫星很快将能够携带高分辨率相机和雷达高度计，这在几年前被认为是不可能的。密歇根大学的空间科学家托马斯·祖布钦(Thomas Zurbuchen)表示，美国国家科学院最近调查了立方体卫星的工程和医学潜力，并表示它可以进行“令人惊叹的研究，有些甚至超乎想象”。(张张)

《中国科学报》(2016-07-14，第三版国际版)

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